JPS6269894A - 黒液のガス化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は黒液のガス化に関するものであり、特に可燃ガ
スの製造を目的とした溶融塩による水溶性黒液の制御可
能なガス化のための装置及び製法に関するものである。

硫酸ナトリウム法や亜硫酸ナトリウム法を用いて・々ル
プ及び紙を生産する際に、アルカリ水溶液による木材分
解の結果廃液または黒液として知られる副産物が生じる
。以後これを黒液と称する。パルプ製造プロセス全体の
経済性を実現するためには、この副産物も廃物として処
分されてはならず、有用な製品に転換されなければなら
ない。特に、硫化ナトリウムを再生することが望まれる
。これは、該プロセスのパルプ分解ステップのための、
活性溶液を再構成するために用いることができるからで
ある。また、黒液をエネルギー源として用いることが望
ましい。

最も広く行なわれている黒液処理法は、トムリンソン回
収炉（トムリンノン回収ボイラーとも称する）を利用す
るものである。この方式では濃縮された黒液を特別設計
によるｌイラーの炉の中で燃焼させて蒸気を生成する。

溶融塩生成品は一般に溶融物または融成物と称され、炭
酸ナトリウム及び亜硫酸ナトリウムを含んでおり、さら
に不燃性の排煙も含んでいるが、これは適当な浄化の後
、大気中に放出される。該トムリンノン・ボイラーを使
用する方法は、はぼ５０年にわたって、ｏイブ・製紙産
業に役立ってきたにもかかわらず、この方法には依然と
して重大な欠陥がある。大量の排煙は浄化が難しいし、
また環境問題ともなりうるものである。また、回収され
るエネルギーはすべて蒸気の形態となるが、蒸気は有用
性に限界がある。そして、もしボイラーの管が漏れ、水
が溶融物に接触することになれば、爆発が起りうる。さ
らに、硫黄化合物の硫化物への還元が不完全である。

トムリンン／炉の修正または改善を含む各種のプロセス
が、黒液を有用な製品に転換するために利用され又は提
案されてきた。

米国特許第１，８０８．７７３号は、２個の燃焼ゾーン
を有する黒液回収炉を用いるプロセスを開示している。

第１の高温燃焼ゾーンの中では、炉中に噴霧された黒液
は、脱水されて実質的に完全燃焼する。第２のゾーンは
第１のゾーンと炉の底部との間に位置しており、黒液を
追加するには硫酸ナトリウムと共に炉の中に噴霧して行
ない、この第２ゾーンでは、黒液の水分は、蒸発によっ
て除去される。黒液の部分的燃焼は、結果として、炉底
に黒液からのアルカリ性残留物及び追加された硫酸す）
　ＩＪウムと混合した海綿状炭素の固体溶融層を形成す
る。該炉の底部に維持される還元状態により硫酸塩が硫
化物に還元される結果となる。溶融塩は、海綿状炭素の
層を介して滴下し、底部Ｐレンを介して該炉を離脱する
。この方法は、トムリンノン回収ボイラー使用の代替法
とはなるが、２個の分離した燃焼ゾーンを要するので煩
雑な装置を必要とする。また、熱回収設備が存在しない
ため黒液の発熱量の損失が結果として生じる。さらに、
この方法では硫酸ナトリウムから硫化ナトリウムへの転
換と黒液の燃焼とが生ずるものの、転換されない硫酸塩
の比率は８チから１２チと、比較的高い。

米国特許第１．９３１．５３６号は、溶融炉内での噴霧
黒液及び粉末黒液の両者が燃焼させられるゾーンを制御
するためのプロセスを示している。

不活性ガスは、該噴霧黒液または乾燥黒液粉末の進入位
置で、またはその近くで、該溶融炉に導入される。この
不活性ガスは黒液の揮発性成分の燃焼を遅らせ且つ噴霧
された濃縮液または乾燥黒液粉末が、該黒液の有機質及
び炭素質の含有量の燃焼が該溶融炉の中の比較的深い層
の中で発生する前に、いくらかの距離を該溶融炉の中に
向かって進入することを可能にする。この方法は、従来
のトムリンノン回収ボイラーの改良をなすものであるが
、基本的に同一の限界を有している。つまり、黒液が完
全燃焼して、大量の不純な排煙が発生し、かつ、蒸気の
みが生成されることである。

米国特許第２，０５６，２６６号は、黒液からアルカリ
金属価を回収し、かつ、その際の熱含量を利用するため
に、トムリンノン・２イラーによく似た、溶融炉とゼイ
ラーの組合せの使用が示されている。固体乾燥黒液が固
体燃料層ゾーンに供給され、そのゾーンでは還元雰囲気
内で固体乾燥黒液が燃焼させられ、結果として部分燃焼
ガスが燃料層から生じる。この部分燃焼ガスは、その後
該層の上の燃焼ゾーンへの空気の流れの導入によって完
全燃焼させられる。その燃焼ゾーンは、蒸気を生成する
ためのゼイラー管を複数個含んでいる。燃焼ゾーンで生
成された排煙は上昇することを許容され、かつ燃料層か
ら上昇するガスへの固形物のエントレインメントすなわ
ち混入を防止することと、両ゾーンの間に明確な分離線
を引くことを目的として、不活性ガスが燃料層の上に吹
き下ろされる。溶融アルカリ価は、層の底部から流出さ
せられる。この方法は、燃料層ゾーンへの導入に先立っ
て、黒液から固体黒液への転換を必要とする。さらに、
この方法の実行に必要な装置は複雑であり、かつ、別に
黒液乾燥の手段を必要とする。

米国特許第２．１８２，４２８号は、オイル、々−ル、
ピッチ、アスファルトまたはワックスのような熱伝達手
段の表面上にパルプ廃液を噴霧して蒸発させるという該
廃液の乾燥方法を開示している。該熱伝達手段は不活性
であって、何らの燃焼も還元反応も発生しないので、蒸
発させられる液から何ら有用な生成物を回収できず単に
該廃液を蒸発させるにすぎない。

米国特許第３，６３９，１１１号及び第３，７１８，４
４６号は、クラフト紙黒液のような有機物質の高温蒸留
及び熱分解によシフリーン燃焼燃料を生成する方法を開
示している。該熱分解ゾーンでの所要のタラツキング温
度を達成するために、制御された量の酸素含有ガス（完
全燃焼に要する量の約１５％まで）が、該クラッキング
動作中に導入される。その酸素含有ガス、熱分解中の黒
液及び生成ガスは該装置を介して同時に流れるものであ
り、しかも、該生成ガスは流入する物質に熱を伝えずに
反応温度を維持して離脱するものであるから、該方法は
熱効率が悪い。さらに、間接的な熱交換と直接的な燃焼
の両者を要するので、比較的大型かつ複雑な装備を必要
とする結果となる。

米国特許第３．９１６，６１７号は、炭素質物質のガス
化及び部分的酸化によってＢｔｕの低いガスを生成する
ための、溶融塩の使用を示している。

炭素質物質は、空気が該炭素質物質の部分的燃焼のため
にこの溶融塩ゾーンに流入させられる時に、所望の還元
雰囲気を供給するために、該溶融塩ゾーン内に維持され
る。空気と黒液が溶融塩反応ゾーンに導入される時には
、該黒液中の水分を蒸発させるのに必要な熱が完全燃焼
によって供給されなければならない。このために、高い
空気／黒液比率と低品質ガス（典型的には７０　Ｂｔｕ
／　ｓｃｆ以下）の生成とが必要となる。結果として、
この特許の方法は主に石炭その他比較的乾燥した炭素質
物質のガス化に有用なものとなっている。

米国特許第４，４４１．９５９号は、流動層反応室の利
用によりパルプ廃液から熱量及び化学成分を回収する方
法を示している。濃縮された・ξルプ廃液が、最低１′
Ｐ４は他よりも微細な粒子となっている複数の不活性な
固体粒子物質を有する流動層の中で、空気と共に燃焼さ
せられる。燃焼に続いて、微細な粒子寸法を有する該粒
子物質は、熱を回収し、かつ、該燃焼により生成された
気体生成物及び固体生成物から核微細粒子を分離するた
めに、外側の流動層熱交換器の中で処理される。該固体
生成物はその後、溶融塩還元剤の中で処理され、その結
果、硫化す）　ＩＪウム及びその他の塩を含む溶融物が
生成される。

該気体生成物は、基本的には、不燃性の排煙を有し、そ
の排煙の熱含量は蒸気の生成に使用される。そこで結果
的に生ずる冷却された排煙は、適当な浄化の後に大気中
に放出されることが可能である。この方法によれば・ξ
ルプ廃液から熱及び化学成分の一部は回収できるものの
、該固体燃焼生成物は該流動層の中では還元されない。

それゆえ、この方法の複雑さに加えて、別体の溶融塩還
元剤が必要とされることになる。

したがって従来利用可能だった方法は、どれも、黒液の
エネルギー及び化学的含量の実質的に全部を高価値の製
品として、便宜に、かつ、効率的に回収する能力がある
ものとは解されない。

該従来技術の一部とは考えられないが、本発明者及びそ
の同僚は以前に黒液のガス化のだめのその他の方法を複
数提案している。

たとえば、乾燥させた黒液の固体を溶融塩プールの中で
ガス化することが提案された。そのような方法では、可
燃性のオフガスが生成され、かつ、黒液の固体の硫黄含
量の硫化物への高水準の還元が実現される。しかし、第
一に、該溶融塩プールへの供給に要する黒液の固体を形
成するために黒液を乾燥することが必要である。

このために、該方法の複雑さとコストが増すことＫなる
。

１９８４年１１月２日出願の米国特許出願第０６／６６
７．９３７号において、本発明者は、ガス化ゾーンの上
方に乾燥ゾーンを含む反応器を利用することによって黒
液のエネルギー及び化学的含量を回収する方法を提案し
た。該反応器は、該ガス化ゾーンの中に多孔質の固体炭
素質物質の層を含む。該ガス化ゾーンの中に酸素含有ガ
スが導入されるのであるが、その量は、該ガス化ゾーン
内の固体炭素質物質の層の上部表面での温度を約８７０
℃乃至１２００℃の範囲に維持するに十分な程度の部分
的燃焼及びガス化反応を生じさせ、かつ、該ガス化ゾー
ンから上昇する高温の可燃ガスを形成させるための、副
化学量論的量である。アルカリ金属酸化硫黄化合物を含
む濃縮された黒液は、乾燥ゾーンに導入され、そこに含
まれている水分は、該ガス化ゾーンから上昇する高温ガ
スとの接触によって、蒸発させられる。該乾燥ゾーン内
には、温度を減少させた生成ガスと、該ガス化ゾーン内
の該層の表面上に落下する乾燥した固体黒液とが、生成
されている。乾燥黒液の固体は、該ガス化ゾーンから上
昇する高温の可燃ガスと、溶融し、かつ、層を介して浸
透するアルカリ金属塩とに転換される。該生成ガスは該
乾燥ゾーンの上方部分から引き出される。硫黄含量の少
なくとも約８０　％がアルカリ金属硫化物の形態となっ
ている融成物は、該ガス化ゾーンの下方部分から回収さ
れる。

この方法の、ガス化及び硫黄還元反応の促進という有利
な特徴にもかかわらず、発生する反応は、空気と固体炭
素との接触が比較的乏しいために、効率が悪い。また、
固体炭素質物質の層が動作条件の僅かな変動によって高
さに変化が生じうる点で、動作特性も不確実である。

１９８５年２月８日出願の米国特許第０６　／　６９９
．４９８号において、本発明者は、溶融塩プールを使用
した水性黒液のガス化を示した。酸素含有ガスは溶融塩
プールの表面下に導入されるが、該プールは、包囲され
たガス化槽の内部に含まれるアルカリ金属炭素及びアル
カリ金属硫化物を含むものであって、ガスの導入速度は
、該プールの中で高い程度の乱流を発生させるのに十分
なものとされる。粗い噴霧の形態での黒液は、該プール
上方に上昇する高温のガスの中に導入される。それによ
って、水性黒液から水分が該高温ガスの中へ蒸発させら
れて、温度を減少させた生成ガスと、該プール表面上に
落下して中に分散される乾燥黒液の固体とが生成される
。該乾燥黒液固体は該プールの中で、該プールの外へ上
昇する高温の可燃ガスと、該プール中に既に存在する塩
に合体するアルカリ金属塩とに転換される。無水ベース
で少なくとも約９０Ｂｔｕ／ｓｃｆの高発熱量を有する
生成ガスの１本の流れは、硫黄含量が少なくとも約９０
％はアルカリ金属硫化物の形態となっている溶融塩生成
物と共に、該ガス化槽から回収される。本発明にかかる
方法は、可燃ガスと、アルカリ金属硫化物が支配的とな
っている溶融塩生成物とを生成するという所望の結果を
生ずる点においては有用であるが、該方法は一定の間頭
を生ずることもある。

溶融塩の乱流プールを使う場合には、封じ込め物質の腐
食及び破壊は一般に固有なものとなる。

また、該プールの外へ上昇するガスの中への溶融塩の混
入が発生することもある。このため、該プールを通過す
るガスの速度を制限することが必要となる。さらに、黒
液中の炭素質物質の一部は、その粒子が該プールに到達
する前にガス化されることが認められている。その結果
として、該炭素質物質の一部分しか該プールに進入しな
い。もし、黒液のガス化に要する空気の全量が該プール
の表面下に供給されると、該プール内はあまシにも強度
な酸化状態となり、硫黄化合物の効果的な還元は発生し
なくなる場合がある。

本発明は米国特許出願第０６／６９９，４９８号に示さ
れた発明及び米国特許出願第０６／６６７．９３７号に
開示された発明の改良をなすものである。本発明は、前
述の諸問題を緩和すると共に、上記２件の同時係属出願
に説明されている基本的な黒液ガス化方法の有利な特徴
を維持している。

本発明は、以上の点に鑑み、なされたものであって、上
述した如き欠点を解消し、与えられたガス化器寸法にお
いて、非常に高いガス化速度での動作をｒ？容するとい
う一層著しい利点を与えることを目的とするものである
。

広義においては、本発明は、可燃ガスが生成され、かつ
、黒液の硫黄含量が実質的に完全に硫化物に転換される
ような黒液ガス化のための、改良された装置及び方法か
らなる。包囲された、垂直に長尺状のガス化槽は、その
底部の水溜の中にアルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属
硫化物からなる溶融塩の比較的浅いプールを維持するた
め、内部に設備を有している。濃縮された水性黒液が該
槽の頂部近くの内部へ噴霧される。

酸素含有ガス、好適には空気、を該ガス化槽の中へ２か
所の相異なる位置−一方は該溶融塩プールの表面下、他
方はガス用スペースの下方部分の中へ向けて該融成物の
表面の上方−で、制御可能な供給を行なうだめの手段が
設けられている。

該ガス化器の中への空気供給の分配は、該ガス化器の中
に３個のゾーンを独特に作り出せるように、制御されて
いる。すなわち、（ｉ）該槽の上方部分に位置する黒液
乾燥ゾーン、（２）該乾燥ゾーンの下方に位置する黒液
固体のガス化ゾーン、及び（３）該溶融塩プールを有す
る溶融塩硫黄還元ゾーン、である。

酸素含有ガス（好適には空気）が、該溶Ｐ！Ａ塩プール
の本体（硫黄還元ゾーン）の中へ直接に、また該プール
の表面上方からガス用スペース（ガス化ゾーン）の中へ
、各々制御可能で供給されることは、本発明の肝要な特
徴の一つである。空気供給の分配は、現実に融成物プー
ルに進入する炭素質物質の完全な破壊を確保するために
必要な量だけが該溶融塩プールの中の硫黄還元ゾーンの
中に供給されるように、制御される。典型的には、これ
は該ガス化槽の中に供給される空気の総量の約３０乃至
７０チとなる。空気の残量は該プールの直上のガス化ゾ
ーンの中へ供給される。したがって、該ガス化槽に供給
される空気の総量のうち、約３０乃至７０％が該ガス化
ゾーンに供給される。本発明の目的は、黒液をガス化し
て、硫黄価を回収するのみならず可燃ガスを生成するこ
とであるから、該ガス化槽に供給される空気の総量は、
典型的には、黒液供給量の完全燃焼に要する量の約２５
乃至５５チである。典型的には、ガス化器への空気供給
総量は、約１２０乃至４５０℃（２５０乃至８４００Ｆ
　）、好適には１５０乃至４００°Ｃ（３００乃至７５
０　’Ｆ’　）、の範囲内の温度まで予熱される。

該ガス化ゾーンの中で生成される、可燃成分が主に水素
と一酸化炭素である可燃ガスは、適当な浄化の後に、黒
液供給のエネルギー価値を最大限に利用するためにガス
・タービ／の中で使用されることが可能である。該溶融
塩プールの中で生成されるアルカリ金属硫化物は、水溶
液として回収して、緑液として製紙工程に再循環させる
ことが可能である。

黒液は、典型的には製紙工程の一部としての木材−パル
プ製造操作から得られるものであつて、可燃性の有機物
質、アルカリ金属硫化物及びアルカリ金属の水酸化物を
、各種のアルカリ金属酸化硫黄化合物と共に、含んでい
る。典型的には、これらの酸化硫黄化合物は、硫酸塩、
チオ硫酸塩及びナトリウムの硫酸塩である。製紙工程の
経済性からは、実質的にすべての可燃性物質が除去され
、アルカリ金属及び硫黄価が黒液から回収され、さらに
当初存在するアルカリ金属硫化物を酸化させずに該工程
に復帰させるために酸化硫黄化合物からアルカリ金属硫
化物に転換させることが要請される。

本発明を実施する際には、少なくとも重量で約４５チの
固形分を含み、かつ、最低約３２００　Ｂｔｕ／ｌｂの
高発熱量（ＨＨＶ　）を有する、濃縮された水性黒液が
、典型的には粗目の噴霧として乾燥ゾーンに導入される
。該乾燥ゾーンは黒液の下降水滴と該ガス化ゾーンから
上昇するガスの流れとの間の直接接触による熱交換を与
える。水は、上昇するガスの流れからの対流による熱の
吸収のために、濃縮黒液から蒸発させられる。熱は、該
水滴に対し、高温の成分からの放射によっても供給され
る。この乾燥ゾーンの中のガスの温度は、乾燥ゾーンの
頂部近くで約５００　”Ｃ乃至約８００℃、底部近くで
は約８００　’Ｃ乃至約１０００　”Ｃの範囲である。

乾燥した固体黒液は、水性黒液がガス化ゾーンから上昇
するガスと乾燥ゾーンの中で接触する結果として、乾燥
ゾーンの中で形成される。

固体黒液のガス化ゾーンの中では、乾燥ゾーンから落下
する乾燥粒子の中の炭素質物質のうちの相当の部分が、
ガスに転換される。このガス生成反応には、揮発性の炭
化水素の放出を伴う熱分解、炭素から二酸化炭素と水蒸
気によって一酸化炭素と水素を生成するガス化、及び双
方のガスと固相成分の、このゾーンの中に注入される酸
素含有ガス内に存する酸素との反応による燃焼、を含む
。部分的燃焼反応の結果として熱が放出され、このゾー
ン内の温度が９００乃至１２００℃の範囲で上昇する。

固体粒子は該ガス化ゾーンを介して落下する比較的短時
間の間しか反応の対象とならないので、その一部がガス
化されるにすぎない。典型的には、該ガス化槽に進入す
る黒液中に存在する有機炭素の２５乃至７５チが該ガス
化ゾーンの中でガス化される。これと同様の比率または
より高い比率の有機水素も、このゾーン内で気体成分に
転換される。反応を経ていない炭素質物質は、最初の黒
液供給からの無機物質の大部分と共に、このゾーンから
硫黄還元ゾーン内へと落下する。該硫黄還元ゾーンは、
該ガス化槽の底部の浅い水溜の中に含まれる溶融アルカ
リ金属塩のプールを有する。

本質的には、落下する粒子の中に存在する硫黄化合物は
全て、該溶融塩硫黄還元ゾーンの中で硫化物に還元され
るか、もしそれらの化合物がすでに硫化物の形態で存在
しているのであれば硫化物として維持される。空気は、
進入する炭素質物質の全部をガス化するのに必要とされ
る酸素を供給するに十分ではあるが、完全燃焼に要する
量よりは著しく少ない量で、このゾーンに供給される。

典型的には必要な酸素の量は、炭素を二酸化炭素とし、
水素を水とし、硫黄化合物を硫酸塩の形態とする完全燃
焼に必要とされる量の２５乃至５５チの範囲にある。こ
の量の酸素のみを供給することにより、核融成物プール
内は高度に還元的な状態となり、生成融成物の中の硫黄
化合物のうち少なくとも約９０　％は硫化物の形態であ
る。

本発明は、数種の著しい利点を有する。黒液供給の中の
炭素質物質の一部のみが溶融塩プールに進入し、かつ、
空気の一部のみがそれと反応させるために該プールの中
に供給されるので、核プールを比較的浅く一典型的には
、深さ１乃至４フイート（０，３〜１．２ｍ）と〜する
ことが可能である。浅いプールの使用により、該ガス化
器のライナとして使用しなければならない高価な、融成
物耐性を有する耐火材の使用量が減少する。本発明の別
の利点は、ガス化器の能力の向上である。プール型のガ
ス化器の中では、ガスの速度は、該プールを離脱するガ
スの表面速度が毎秒２乃至３フイート（０，６〜０．９
　ｍ　）を超える場合には、過度の混入及び乱流という
問題によって、通常は限定される。そして、このことが
今度は、ある与えられた直径のガス化器の能力を限定す
る。本発明においては、該ガスの一部のみが該プールを
貫通する。したがって、たとえば該ガスの半分が表面で
毎秒２．５フイート（０，７５ｍ　）の表面速度で該プ
ールを貫通し、他の半量は該ガス化ゾーンの中で形成さ
れる場合には、ガスのその合計量が該乾燥ゾーンに毎秒
約５フイート（ｉ，５ｒｓｓ）の表面速度で進入するが
、これは、ガスが中で継続相となっている気体／固体反
応器または気体／液体反応器にとってはきわめて満足の
ゆくものである。結果として、ある与えられた直径のガ
ス化器の能力は、米国特許出願第０６　／６９９．４９
８号に含まれる発明に本件の発明を一体化することによ
り、非常に増大する。

２件の該同時係属特許出願の願書に示したごとく、該反
応ゾーンからの熱損失は最小とされなければならない。

したがって、高圧での動作が好適である。けだし、これ
によって、コストのみならず熱損失も低下させるために
必要とされるガス化槽の寸法が縮小されるからである。

溶融塩ガス化槽及び本発明の方法を用いた典型的な装置
を、図面を参照して説明する、なお、図中同一の部品に
は同一の参照番号を付しである。

第１図を参照して説明すると、そこに示されているのは
、本発明の好適実施例を示す、ガス・タービンと組合せ
たサイクル・システムと共に用いられる溶融塩ガス化槽
である。いずれかの適当な供給源から来る廃材は、導管
２及び弁４を介して、固定ホツノ臂６に取り入れられる
。そこから廃材は、弁８を通過して第２の固定ホラ／ｅ
ｌｏに取り入れられる。該固定ホラ／ｅは、加圧受液器
に固体物を供給するために用いられる従来の態様による
加圧ガスによって作動される。

固定ホラ・ソ１０から、廃材は導管１２及び供給器弁１
４を通過して、圧縮空気が貫流するバルブ付導管に至る
。廃材は、圧縮空気によって運ばれ、溶融塩ガス化槽２
０の底部の水溜に含まれる溶融塩プールの表面下に、圧
縮空気と共に注入される。空気はまた、・々ルブ付導管
２１を介して融成物の表面上方にも噴射される。導管１
６を介して融成物の中に供給される空気の量は、典型的
には、ガス化槽に供給される空気の総量の３０乃至７０
チである。導管２１を介して融成物の表面上方に供給さ
れる空気の量は、総量の３０乃至７０チを引いた残量と
なる。

溶融塩ガス化槽２０は、本発明にかかる方法の実施を独
特の形式で可能にするものでろって、第２図との関連で
より詳細に説明される。

再び第１図を参照して説明すると、そこには、製紙工程
から生ずる黒液が導管２２及びノズル２４を介して槽２
０の頂部近辺から該槽の中に噴霧される。この噴霧され
た水溶性黒液は典型的には約４５乃至７５　％の固体濃
度を有する。槽２０からの気体生成物は、導管２６を介
して熱除去装置２８に流出するが、該装置には蒸気発生
器が設けられることがあり、その後、導管３０を介して
、吸収器３２に至る。吸収剤は、導管３４を介して吸収
器３２に取り入れられる。該吸収剤は、アルカリ性の製
紙ミル溶剤またはエタノールアミン溶液のごとき従来の
吸収剤でもよい。この吸収剤は、該ガスから硫化水！（
Ｈ２Ｓ−）その他の望ましくない成分を除去するために
用いられる。使用される吸収器装置は、該生成ガスが相
当な量の（ｉ０乃至１５チ）二酸化炭素（ｃｏ２）を含
んでいるため、二酸化炭素の存在下では硫化水素を選択
的に吸収するように設計されるのが好適である。使用済
吸収剤は導管３６を介して吸収器３２から流出する。一
部精製された、吸収器３２からのガスは、さらに精製す
るために、導管３８を介して、フユーム・スフラッパー
４０ヘト導カれる。フユーム・スクシン・々−４０には
、水が導管４２を介して導入され、導管４４を介して流
出する。洗浄されたガスは、導管４６を介してガス・タ
ーヒン燃焼５４８へと流出する。フユーム・スクシン−
ｚ−４０は、可溶性塩の極微粒子を除去するだめの典型
的な装置として図示されているっ布フィルターを該微粒
子の除去のために用いることもできる。空気は導管５０
、圧縮機５２及び導管５３を介して燃焼機４８に供給さ
れる。圧縮機５２からの空気は、導管５４を介してブー
スター圧縮機５６へも供給され、その後圧縮空気ライン
５８に至る４、これは導管１６及び２１に供給し、これ
らから各々、可溶融塩プールの中及びその上方に、空気
が導かれる。熱した清浄な燃焼ガスは導管５９を介して
燃焼器４８から流出し、ガス・タービン６０に供給され
る。このガス・タービンが発電機６２及び圧縮機５２に
動力を与える。

ガス・タービン６０からの膨張ガスは、導管６４を介し
て、廃熱ボイラー６６へ導かれるが、該ボイラーの中へ
は導管６８を介して蒸気転換のための水が導入されてい
る。廃熱ボイラー６６の中で生成された蒸気は導管７０
を介して蒸気タービン７２へと流出し、該タービンが発
電機７４に動力を与える。プロセス蒸気は、導管７５を
介して蒸気タービン７２から供給される。廃熱ボイラー
６６からの排気ガスは、大気中に放出するために、導管
７６を介して煙突７７へ流出する。

槽２０からの融成物オー・２−フローは、導管７８を介
して、急冷タンク８０に流入する。水が導管８２を介し
て急冷タンク８０に導入される。融成物の急冷の結果と
して生ずる水溶液は、導管８４、ポンプ８６及び導管８
８を介して急冷タンク８０から除去される。その除去さ
れた水溶液の一部は、導管９０を介して該急冷タンク８
０に再循環され、導管７８から流出する融成物の下降流
を分断する役目を果す。該水溶液の別の一部は、導管８
８から導管９２を介して緑液貯蔵タンク９４へ供給され
る。導管９６は核緑液を、貯蔵タンク９４から製紙工程
中の適当な時点、たとえば硫酸塩（クラフト）加工工場
のかせい化段階、へ導く。

第２図は、本発明の溶融塩ガス化槽とそれに関連する急
冷タンク及びそれらの動作をより詳細に示している。ガ
ス化槽１００は該槽の上方部分に位置する黒液乾燥ゾー
ン１０２、該乾燥ゾーンの下方に位置する固体黒液ガス
化ゾーン１０４、及び該槽の底部の水溜内に位置する溶
融塩プール１０８を有する硫黄還元ゾーンｌＯ６、を含
む。

核種１００は、その内部の温度と環境に耐える能力を有
する絶縁耐火材１１２で裏張りされた金属製外壁閉じ込
めシェル１１０からなるものとして図示されている。絶
縁耐火材１１２は、実際的な程度まで槽１００内部から
の熱損失を最小とするために充分なだけの厚さを与えら
れる。溶融塩プール１０８ハ、さらに、ガス化ゾーン１
０４の少なくとも一部を越えて上方へ延在する溶融物に
対する耐性のある耐火材ライナ１１３の内部に収納され
ている。

処理すべき黒液１１４は（不図示の供給源から）導管１
１６を介してポンプ１１８に導入される。該黒液は、ポ
ンプ１１８から乾燥ゾーン１０２の上方部分へ複数個の
噴霧ノズル１２２を介して濃縮水性黒液を粗い噴霧とし
て射邑する。噴霧装置１２０を介して槽１００の中へ導
かれる。

槽１００のためのガス供給装置は、酸素含有ガス（典型
的には空気）のための吸気用導管１２４を含み、該２，
１管が、モーター１２８によって駆動される圧縮機１２
６の中に通じるものとされている。好適には、該酸素含
有ガスを圧縮し、該ガスの温度はそれによって上昇する
。代替的には、所望の水準まで酸素含有ガスの温度を上
昇させるためにガス・ヒーターを使うことも可能である
。加圧された酸素含有ガスは、導管１３０を介して圧縮
機１２６から流出し、１乃至２以上の定縫弁を含むエア
・フロー分配制御装置１３２に至る。これらが圧縮空気
の、導管１３４を介する還元ゾーン１０６　（溶融塩プ
ール１０８）への直接の流れと、導管１３６を介する溶
舖塩プール上方のガス化ゾーンへの流れとを選択的に制
御する役割を果す。導管１３４及び１３６は一般的に、
還元ゾーン１０６及びガス化シー７１０４への圧縮空気
の各々の供給のためのガス注入用ボートの周方向配列を
構成する。

本発明の主要な特徴にもとづき、空気供給の分配は非常
に制御されるので、現実に融成物プールに進入する炭素
質物質の分解を確保するのに必要な量の空気だけしか溶
融塩還元ゾーン１０６の中に供給されないっその計は、
典型的には、槽１００に供給される空気の総量の３０乃
至７０チである。該槽に供給される空気の残部は、該プ
ールの直上のガス化シー７１０４の中へ供給される。可
燃ガスが生成されるので、該槽に供給される空気総量は
典型的には、原料の総供給量の完全燃焼に要する量の２
５乃至５５チである。

第１図に示したごとく、廃材のようなその他の原料を、
圧縮空気によって溶融塩プールの中へ直接に供給するこ
とも可能である。

融成物のオーツζ−フロー・アウトレット１３８は閉鎖
型の急冷タンク１４０に通じている。通常の動作中は、
溶融塩生成物の融成物１４１は、融成物用アウトレット
１３８を介してプール１０８から急冷タンク１４０の中
に排出される。水または再循環される緑液のごとき好適
な塩溶液が、導管１４２を介して該急冷タンク１４０に
導入される。

この水は、黒液から化学的堪類の減少した緑液のゾール
１４４を形成するために該急冷タンクに進入してくる融
成物を粉砕し、急冷する役割を果す。該緑液は、導管１
４６を介して、典型的にはパルプ製造工程へ戻すために
、回収される。

緑液生成物の一部は、融成物１４１の粉砕を補助するた
めに導管１４２に再循環させることも可能である。融成
物１４１の急冷の間に、主に水蒸気を有する熱ガスが生
成され、その水蒸気は導管１４８を介して急冷タンク１
４０から回収される。

ガス化種１００内で生成されるガスの小部分は、排出さ
れる融成物と共に融成物アウトレット１３８を貫流させ
ることも可能であり、また、このガスは導管１４８を介
して急冷タンク１４０からの回収もなされる。導管１４
８を介して急冷タンク１４０から回収されるガスの流れ
の総量は、好適には、導管１４８の中のガスを、第１図
の導管３０のような生成ガス冷却・浄化装置の中の適当
な段階へ向かわせるか、またはガスの最終的冷却段階前
にガスの該流れの中に向かわせることによって、生成ガ
スの主要な流れに加えられる。

再び槽１００に戻ると、熱生成ガスは、該乾燥ゾーン上
方の該槽上端部に位置するガス・アウトレット導管１５
０を介して、該槽から除去される。第１図に述べたよう
に、槽１００を流出する該生成ガスは熱回収装置を貫通
し、その後肢ガスからＨ２Ｓその他の望ましくない成分
を除去するために吸収器を貫通するようにすることも可
能である。第１図における熱除去装置２８には、蒸気発
生器、給水加熱器またはその他の熱交換手段を含ませる
ことも可能である。典型的には、熱除去の最終段階は冷
却水を用いた熱交換によって達成され、結果として水蒸
気が凝縮して液体の水が形成される。この凝縮された水
は、好適には、導管１４２を介して急冷タンク１４０に
戻される。

米国特許出願第０６／６６７．９３７号の同時係属出願
に示したようＫ、該ガス化槽１００に、動作開始前に槽
１００を予熱すべく熱ガスの流れを与えるため、またオ
プションとして動作中の追加的熱源を与えるために、ノ
々−す組立体を設けることが好適な場合もある。また、
第１図に示すように、ガス・タービンまたはその他の目
的用の燃料として好適なものとなしうるように、該生成
ガスから硫化水素その他のごとき有害な酸性ガスを除去
するための、吸収剤と該生成ガスとの接触部を与えるた
めに、酸性ガス吸収装置３２を設けることも可能である
。

加熱器、蒸気発生器、コンデンサ及び吸収器の操作は、
現在の技術水準に属するものであるから、この黒液ガス
化装置と共に用いられるこれらの関連部品については詳
細な説明は要しない。

処理動作の間、ガス化ゾーン１０４の中では比較的一定
の温度、たとえば溶融塩ゾール１０８の上方表面の隣接
ゾーンの部分で１０００℃、全維持することが望ましい
。これは、空気と黒液との比率を増減し、それによって
所望の数値を維持するのに必要とされる程度を温度を上
下させるように調節することにより達成されうる。もし
、黒液の組成、空気予熱及び熱損失といったような他の
パラメーターが変化しなければ、この態様の動作は、比
較的一定の組成及び発熱量を有する生成ガスを、結果的
に生成する。その生成ガス発熱量は、所望により、石油
または石油コークスのような高発熱量の燃料のガス化ゾ
ーンへの導入、供給される空気の温度の上昇、または、
たとえば断熱剤を加えることによる熱損失の減少、によ
って増大させることが可能である。

天然ガスまたは揮発性の炭化水素のような気体燃料は、
もちろん、該生成ガスの発熱量を増加させるために直接
核生成ガスに加えることが可能である。

槽１００から急冷タンク１４０へ流出する溶融塩生成融
成物１４１は水に溶解して緑液を形成する。

急冷タンクは、溶融塩に対して圧力制御弁が動作する必
要を避けるために、該ガス化器と同一の圧力で動作させ
ることが好適である。該緑液は、溶解した硫化ナトリウ
ムを含んでおり、・にルプ製造工程に再循環させること
も、その他の目的に用いることも可能である。

ガス化ゾーン１０４から上昇するガスは一酸化炭素（ｃ
ｏ　）、水素（Ｎ２）、水（Ｎ２０　）、二酸化炭素（
ｃＯ２）、メタン（ｃＨ４）、並びに、もし空気が用い
られる場合には窒素（Ｎ２）に加えて各種の微量成分及
び不純物を含んでおり、約８７００乃至１２００°Ｃ（
ｉ６０００乃至２２０００Ｆ　）の範囲の温度となる。

不純物のうち特に重要なものが２つあり、それは黒液供
給の中の硫黄から誘導されるＨ２Ｓと、炭酸ナトリウム
や硫化ナトリウムのごとく蒸発及び反応現象によって生
成されるナトリウム塩の微粒子とである。そして該ガス
は、乾燥ゾーン１０２を貫通するにつれて、乾燥ゾーン
進入時のガスの温度、黒液中の水分及び関連要素により
約３５０シ乃至８５０℃までの範囲の温度に冷却される
。好適には該ガスは、ナトリウム塩の分子が固体である
温度−典を的な塩組成では約７９０℃以下−まで冷却さ
れる。

上に指摘したように、酸素含有ガスは、黒液中の炭素質
物質の部分的酸化、必要な高温の発生、及び所望の生成
物の生成のために、槽１００のガス化ゾーン１０４及び
還元ゾーン１０６に、制御可能な状態で導入される。こ
の酸素含有ガスンま、空気であることが適切であり、か
つ、好適である。そして、もし必要であれば、酸素濃縮
空気または純粋酸素の使用も可能である。本発明の方法
において純粋酸素の利用は可能であるが、空気または酸
素濃縮空気よりは望ましくないっなぜなら酸素はコスト
が高く、かつ、黒液ガス化装置の近くに酸素工場を置く
必要が生じるからである。一般に、ガス化ゾーンを離脱
するガスの上向速度は、毎秒約２０フイート（９ｍ）を
超えてはならず、毎秒２乃至１５フイー）（０，６〜４
．５　ｍ　）の範囲内であることが好適である。

ガス化槽１００の内部の圧力は、約１乃至５０気圧の範
囲内とすべきであり、特に超大気圧が望ましい。約３乃
至３０気圧を用いることが好適である。超大気圧の使用
は、多くの理由から望ましいものである。プロセスの安
全性が超大気圧の卯月によって向上する。なぜなら、融
成物を急冷する過程で融成物と水を混合する際に生じう
る爆発が、圧力を増すことによって抑制されるからであ
る。生成ガスの体積とそこから必然的に該プロセスを行
なうに必要となる装置の寸法とは、超大気圧が使用され
る際には２０：１もの率で減少する。これによって、コ
スト４Ｍｔｊｌ失も減少する。さらに、塩の蒸発が減少
するので、該プロセス中に生成されるガスについて大規
模な浄化の必要がなくなる。吸収プロセスまたは吸着プ
ロセスの使用による、生成ガスからの硫化水素のごとき
気相の不純物の除去は、圧力の増加によって容易になる
。加圧状態で該プロセスを動作させることのもう一つの
利点は、融成物の熱エネルギーが部分的に回収されるこ
とによる熱効率の向上であって、これは圧力の上昇につ
れて急冷タンク溶液の沸点が上昇することによって可能
となる。他の利点としては、生成ガスが、ガス・タービ
ンのインレットのごときその後の動作での使用のために
必要な程度の圧力で得られるということである。

溶融塩プール１０８の上方表面に隣接するガス化ゾーン
１０４の中の温度は、約８７０乃至１２００℃（ｉ６０
０乃至２２０００Ｆ　）の範囲に維持されるが、約９０
０乃至１０７０“Ｃ（ｉ６５０乃至１９５００Ｆ　）に
維持するのが好適である。留意すべきは、該ガス化ゾー
ンが完全に均一な温度で動作するものではない、という
点である。このゾーン内の最高温度となるのは、通常、
注入された酸素が炭素質物と反応する溶融塩プールの表
面近くである。

ガス化ゾーンの頂部近くの温度は、該ガスが乾燥ゾーン
に近づくにつれて低下する。

ガス化ゾーンから上昇する高温のガスは、乾燥ゾーンを
貫通する間に約３５００乃至８５０℃の温度に冷却され
るつむの冷却効果は、それによって、上昇するガスの中
に混入しうる溶融塩の小滴金、該反応器から離脱する前
に凝固させるという点において、本発明の更なる利点と
なっている。結果として生ずる固体粒子は、熱伝達表面
及びガス生成プロセス装置内の他の装備品に対して、付
着したり腐食させたりすることはない。溶融塩プールの
還元ゾーン内の温度は、該還元ゾーン内で生じる吸熱硫
黄還元反応のために、ガス化／−／内の温度よりも、多
少低くなることかある。しかし、該還元ゾーン内の温度
は、塩の凝固を発生させないことと、該還元反応の高速
度の進行を可能とすることを確保するために十分な程度
の高水準に維持されなければならない。約８６０乃至１
１００℃（ｉ５８０乃至２００００ｐ）の範囲が有用で
るり、また溶融塩プールの還元ゾーンは約８７０乃至１
０５０℃（ｉ６００乃至１９２００ｐ）の範囲が好適で
ある。

該ガス化ゾーン及び還元ゾーンの内部では熱が保持され
ることが、きわめて重要である。そうでないと、熱損失
のために、温度を維持するための空気対黒液の供給比率
を高めることが必要となる。その空気対黒液比率が増加
するにつれて、よシ完全な燃焼が、特にＣＯ及びＨ２か
らＣＯ２及びＨ２Ｏへの高発熱反応が生じる。これによ
って熱損失は補償されるが、生成ガスの発熱量は減少す
る。乾燥ゾーンからの熱損失は生成ガスの発熱量ではな
く温度金主に低下させるように作用するので、乾燥ゾー
ンからの熱損失を最小とすべきことは、多少重要性が低
いつ３種のゾーン全部からの熱損失は、絶縁材１１２の
使用により減少する。この目的のためには、便宜な絶縁
材であれば何でも使用しうる。たとえば、絶縁ブランケ
ット、キャスタブル耐火物、耐火レンが、ガラス繊維及
びタイルが適切である。

高温の溶融塩及び塩の蒸気と接触する材料は、それらの
作用物質に耐性のある本のでなければならない。たとえ
ば、高純度の融解鋳造品のアルミナ・ブロックは、溶融
物に耐性のめる耐火ライナとしての使用に１きわめて効
果的であると認められている。

熱損失のコントロールは、本発明の重要な特徴の一つで
あって、反応器内の♂イラー管の中で水から蒸気への転
換のために、黒液の燃焼中に生成される熱を利用するト
ムリ／ノン・メイラ−またはそれと均等の物を用いる方
法とは著しく対照的である。この態様によって熱を除去
するよりも、より高い所要の発熱量を有する可燃ガス生
成物を生成するためには、熱が失われることを防止する
ことが肝要であると認められている。特に、少なくとも
約９０　Ｂｔｕ／　ｓｅｆの生成ガスのための“高発熱
量（ＷＨＶ）”を有することが望まれる場合には、ガス
化ゾーン及び還元ゾーンからの熱損失の総量が黒液の供
給１ポンＰ当り約６００　Ｂｔｕを下回るように、また
好適には５００　Ｂｔｕ／　ｌｂを下回るように、該装
置を設計する必要がある。

冷却乾燥ゾーンへの上向放射によってこれらのゾーンか
らの熱損失を制限するためには、ガス化ゾーン頂部での
該槽の断面積を制限することが望ましい。たとえば、黒
液供給が約−０，００９ｆｔ２／　ｌｂ　／ｈｒ以下の
断面積では、典型的な動作条件で黒液約５００　Ｂｔｕ
／　ｌｂ以下まで放熱損失を制限する。該槽の壁面及び
床面を介しての伝導による多少の熱損失も予想されうる
ので、黒液供給約０．００８　ｆ　ｔ２／　１　ｂ　／
　ｈｒ以下となる断面積が、通常は必要とされる。した
がって、黒液供給が１００トン／日（８３３３１ｂ／ｈ
ｒ　）を処理すべき商業用装置には、ガス化ゾーン頂部
の断面積を６６．７ｆｔ２以下とするか、または円形断
面積の内径を約９　ｆｔ以下とすることを要するであろ
う。さらに小さい断面積（たとえば、約０．００６　ｆ
ｔ２／ｌｂ／ｈｒ以下）も好適であって、ガス許容速度
により、高められた圧力での動作をなすことによって便
宜的にこれを達成することが可能である。断面積を減少
させることは、他の条件が変化しなければ、結果として
必然的に該ガス化器中のガス速度の増加を生じる。した
がって、好適な範囲内での断面積による動作中における
過度の速度を避けるためには、該ガス化器を高められた
圧力で動作させることが望ましい。

上述のところにいう熱損失または熱除去は、上向放射ま
たは壁面の中へのもしくは壁面を介しての伝導によりガ
ス化ゾーン及び還元ゾーンから離脱する熱であって、そ
れゆえ適切な装置設計によって制御可能な熱のみを指称
するものである。さらに、熱が水分蒸発に消費されるこ
とのないようにするために黒液はガス化ゾーンに進入す
る前にほぼ完全に乾燥されていることと、下方の両ゾー
ンに対する空気供給は、その空気の温度を上げるために
要する熱を最小とするために予熱することが、重要であ
る。しかし、一定の熱損失は避けられず、生成ガスの発
熱量に転換されうる黒液発熱量の約７５％に上限が設定
される６、この不可避の熱損失は、生成ガス中及び生成
融成物中の顕熱と、該融成物中の硫化物の発熱量とを含
む。

本発明の方法によって水溶性黒液の所要のガス化を達成
するためには、水溶性黒液は、高温ガスの上昇流と直接
に接触する黒液表面の面積が適切であって、かつ、接触
時間が適切となるような態様によって槽１００の乾燥シ
ー７１０２に導入される。該黒液は、該ガス化ゾーンか
ら上昇するガスにより黒液が該乾燥ゾーンを離脱する前
に黒液から水分を蒸発して乾燥させるべき下降水滴を形
成するように、該槽の中に噴霧することも可能である。

噴霧による水滴は、該乾燥ゾーンの中で該槽の内壁に衝
突させることも可能であって、この場合水滴は付着し乾
燥して炭素質物質及び塩類のデポジットを形成するが、
このデポジットはやがてガス化ゾーン及び還元ゾーンの
中へ壁面から落下する。しかし黒液は、噴霧による小滴
またはその結果生ずる乾燥した微細に分割された固体黒
液が、該ガス化槽を介して上昇する高温ガスの中に混入
するほどに微細な噴霧として導入することは望ましくな
い。

噴霧の粗さは、混入が最小で適切な乾燥が行なわれるよ
うに調整される。

固体黒液のガス化の結果として生成されるガスは、主と
してＣｏ、Ｈ及びＣＨ４の存在により、最低約９０Ｂｔ
ｕ／ｓｃｆという、無水ベースの高発熱量を有する。該
生成ガスが黒液乾燥ゾーンを介して上昇するにつれて、
その水蒸気含有量が増加し、また、黒液からの水分の蒸
発の結果としてその温度が低下する。さらに、水蒸気の
増加により、水性ガス転化反応が次のように生じる。

ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２ この結果、ガスの組成に変化が生じ、乾燥ゾーンの頂部
から離脱するガスは、ガス化ゾーンから離脱するガスよ
りもＣＯが少なく、Ｈ２が多くなる。しかし、その高発
熱量は、該反応によって実質的に変化させられることは
ない。

乾燥ゾーンから離脱するガスは多数の方法によって処理
することが可能である。好適には、その顕熱は蒸気発生
器またはその他の暖房サービスのための蒸気の生成用に
用いられる。多くの適用例において、該がスを使用する
前にガスから水蒸気、塩の微粒子及びＨ２Ｓを除去する
ことが望ましい。これらの過程は、水蒸気除去用に凝縮
器、Ｈ２Ｓ吸収用にアルカリ溶液を用いた吸収用接触器
、及び微粒子物質の除去用にフユーム・スクラツノ々−
または織物フィルター、といったような従来の装備品に
よって達成することも可能である。そのよう々過程によ
り回収された水分、塩及び硫黄は、・ξルプ製造所また
はガス化プロセスに再利用することが可能である。

場合によっては、ガス及び水蒸気の中の顕熱及び圧縮エ
ネルギーをガス・タービンまたはその他のエネルイー転
換装置内で利用しうるようにするために、生成ガスがガ
ス化器から離脱する時にそれ以上の冷却をせずに該ガス
を洗浄することが望ましい場合もある。

指摘したごとく、排出された融成物１４１は槽１００か
ら導管１３８を介して急冷タンク１４０に流入し、そこ
でガス化器の圧力で水に溶解する。

該融成物しｔ１排出ノズルとの接触中に約７６０℃（ｉ
，１０００Ｆ　）未満への冷却が許容されると、凝固し
て流路をふさぐ。したがって、ガス化ゾーンからの高温
ガスの一部を融成物排出ラインを介して流れさせ、この
ライン内の高い温度を維持する助けとすることが望まし
い。このガスは、急冷タンク１４０に流入し、そこから
該ガス化器の下方の一点で該生成ガス装置に逃がすこと
が可能である。融成物の流れのための、障害物のない通
路を維持するために、複数個の補助・々−ナ及び機械式
ゾレーカ装置を含むその他の手段を使用することも可能
である。

以下の例は、本発明の例示であって本発明の産量を限定
することを目的とするものではない。

濃縮された水溶性黒液の溶融塩ガス化に係わる基本的な
化学的方法は、以前に本発明者により一連のベンチ・ス
ケール・テストによって明示されている。このテストは
、壁面を介する熱損失を最小限にして動作することの可
能な電気炉と共に設置された、内径６インチ（ｉ５，２
ｃａｔ　）のベンチ・スケールのガス化器の中で行なわ
れた。生成ガスの高発熱量（ＨＨＶ、無水ベース）は、
黒液の組成その他の変数に依存して、約１２０乃至１４
０　Ｂｔｕ　／　ｓｃｆの範囲であった。該融成物から
回収された硫黄は一般的に、９０％以上が硫化ナトリウ
ムの形態であった。基本的な化学作用に対する圧力の効
果も、テスト・プログラムによって以前に明示されてい
る。

溶融塩黒液ガス化方法の商業的見込を更に示すために、
多目的溶融塩試験設備（ＭＳＴＦ　＞を修正して、）ぞ
イロット・プラント・レベルで本件の方法を実際に示す
能力のある黒液ガス化槽とした。該修正によシ、水溶性
黒液乾燥ゾーン、固体黒液ガス化ゾーン、及び溶融塩硫
黄還元ゾーンからなる、３ゾーン型ガス化槽が与えられ
た。使用されたＭＳＴＦは、内径約３３インチ（８３，
８ｃＩＮ）内部の高さ約１６フインチ（４２４−２ｃＩ
ｌｌ）の槽からなる。低い方の９６インチ（２４３−８
ｃｒｐｔ　）の部分は、約６インチ（ｉ５，２ｃａｔ　
）の厚さの溶融キャスト・アルミナれんがで裏打ちされ
ており、この裏打ちは約０．５インチ（ｉ，３−）の高
アルミナ質キャスタブル耐火物によって裏当てされてい
るっこれらの材料は、高温の溶融塩による悪影響に対し
て非常に耐性があるが、断熱はど効果的なものではない
。ガス化ゾーン及び還元ゾーンからの熱損失を減少させ
るために、１／８インチ（０，３ｃｍ　）厚の鉱物伜１
維断熱紙の層が、該金属槽の外側に取り付けられた。

しかし、もつと効果的なこれより厚い層を使用すると、
該金属槽の許容温度を超えることにならざるを得なかっ
た。

以前の黒液ガス化試験及び分析研究では、本発明者は、
１００　Ｂｔｕ　／　ｓｅｆを上回る）ＩＨＶを有し、
かつ、９０％の硫化物へのｉ１２元を、上回る融成物還
元を有する可燃ガスを生成するための主要な必要条件と
して、結合されたガス化ゾーン及び還元ゾーンから失な
われる熱が、典型的な黒液組成については好適には約５
００８ｔｕ／ｌｂ以下とすべきことが必要であると、明
示したつ該ＭＳＴＦ’槽の本来の目的は、原料投入量を
最大とするために完全燃焼による化学的廃棄物処理を試
験することであったので、該ユニットは、壁面を介して
の非常に高率の熱損失（約６００　、０００乃至８００
．０００　Ｂｔｕ／ｈ　）を許容するように設計されて
いた。それによって、該ＭＳＴＦ槽の当初の高い熱損失
のために、・クイロット・プラント・レベルでの黒液ガ
ス化プログラムの主要な目的は、比較的大規模な装置の
動作可能性を証明するこトド、ベンチ−スケール・テス
ト及び分析研究にもとづく性能の予測可能性を立証する
こと、に限定された。

２個の主要な構造的修正が、本発明にもとづいて、該Ｍ
ＳＴＦ槽に加えられた。該槽の床から７６インチ（ｉ９
３ｍ）上方に位置する融成物除去？−トは、セラミック
製の鋳ぐるみで閉塞され、打抜きフランジでおおわれて
いる。新たに融成物オーバフロー噴出口が、試験運転の
ために設計されて組立てられ、該槽の床１４インチ（３
５，６ｃｒＲ）上方に取シ付けられた。この融成物除去
ポートを下げることによって、融成物のインベントリ−
が減少し、かつ、比較的浅いプールが与えられた。

溶融塩プール内への空気注入用に用いられる従来からの
４個のノズルに加えて、注入される空気の一部分を該融
成物プールの上方に注入できるようにするために、新た
に６個のノズルが、該槽の床から２０インチ（５８，８
ｃｍ　）高い位置に設けられたつこれら新設のノズルは
、該槽の円周の周囲に均等の間隔で配置され、かつ、空
気が溶融塩プールの表面の方向に向けられるように４５
０の角度で下向かつ内向するものとされた。釣合いオリ
アイスが、各々の空気ボートに対する空気の分配を均等
にするために、各ノズルに使用された。黒液注入装置に
も、黒液の流れを増大させ、かつ、維持することを目的
として、変更が加えられた。

合計運転時間は、当初の黒液供給から装置の停止までの
動作約４６時間からなり、１４回の試験を含む。黒液的
１９，０００ボン）’　（８，５５０ｋｙ　）がガス化
されたが、黒液の流れは、全体の運転時間の間継続的だ
ったわけではない。

該ガス化器は、初めに空気の流れを全負荷状態、たとえ
ば９８０℃（ｉ８０００Ｆ’　）で５　ｆｐｓ　（ｉ，
５ｍ／ａ）の公称表面ガス速度、の公称値にセットして
起動された。該ガス化槽への空気分配の総量は、当初、
該空気の約４０チがｍ部の６個のノズル（該融成物の上
方）へ、また該空気の６０％は底部の４個のノズルへ（
該融成物の中へ）供給されるようにセットされた。しか
し、この比率は試験１０乃至１４では逆転させられた。

上方の６個のノズルは予熱された空気を受は入れ、底部
の４個のノズルは周囲温度の空気を受は入れた。一時的
に、天然ガス・−ぐ−ナが該ユニットを予熱するために
該槽の頭部に取シ付けられた。該ガス化器は、運転に先
立って９３０乃至９８０℃（ｉ７００乃至１８０００Ｆ
）に予熱された。第１表は、該試験に用いられた黒液の
分析を示している。

試験結果の分析から、該生成ガスは定常動作中に無水で
５２．３　Ｂｔｕ　／　ｓｃｆの最大ＨＨＶを有し、ま
た、該融成物中の硫黄還元につき６７．４チという最大
値を有していたことが示された。前述したように、該Ｍ
Ｓ　ＴＦ槽の構成上の理由で、運転中に被検に断熱を追
加するとか、黒液供給速度を上げる等により、もつと低
い空気／燃料比率での動作を許容するような変化を与え
ることによって、これらの価値を著しく上げることは適
当ではなかった。

試験１０及び１３（第２表参照）は本発明にかかる構成
による該ＭＳＴＦの性能の典型的な例である。比較のた
めに、異なる構成にょシ以前に行なわれた試験の結果が
、試験Ａとして該表に含まれている。この以前の試験の
間、空気はすべて、深い溶融塩プールの表面下に供給さ
れていた。

はぼ同一の空気／黒液比率で行なわれた試験１３と試験
Ａとの比較からは、該溶融塩プールの深さを７６インチ
（ｉ９３ｍ）から１４インチ（３５，６創）に減少して
も生成ガスの発熱量には何ら不利な影響がなかったこと
が示されている。硫黄還元効率は、試験Ａよりも、試験
１０及び試験１３の両者において著しく高いことが理解
される。

これは、空気の３７俤だけが溶融塩プールを貫通し、そ
の残りはガス化ゾーンの中に注入されるという、試験１
０及び１３の分割的空気供給方法を理由とするものであ
る。この供給方法は、試験１０及び１３の間、融成物小
滴の過度の混入を生ずることなく、より多くの空気総量
（及びそれに応じて、よシ多くの黒液）の該ガス化器内
への供給をも許容する。結果として、該ユニットは試験
１の間、より低い空気／黒液比率で動作しても、試験Ａ
に使用された構成で可能だったよりも高い発熱量のガス
を生成することが可能であった。

第１表 ａ；分析前に乾燥された試料：揮発性有機物を失ってい
た可能性もある。

ｂ；水中の水素を含まず。

第２表 ＭＳＴＦ試験結果 運転番号　　　　　　　１０　　　１３　　　　Ａ曲成
物プール深１犯２インチ　　　　１４　　　　　１４　
　　　　７６空気分配２％ 融成物プール中へ　　　３７　　　　３７　　　１００
プール表面上方へ　　　６３　　　　６３　　　　０黒
液供給、ｌｂ／ｈ　　　　　８４４　　　６７４　　　
５３０空気供給、　ｌｂ／ｈ　　　　　１４６９　　　
１４２Ｇ　　　　１１８０空気／黒液重量比　　　　１
．７４　　　２．１２　　　２．２３温度、’Ｃ（ＯＦ
） 融成物プール　　　　８８６（ｉ６２７）　９６４（ｉ
７６７）　９９３（ｉ８２０）供給空気　　　　　　２
３０（４４６）　２３１（４４８）　４６２（８６４）
黒液　　　　　　　　１０２（２１６）　　９４（２０
１）　　７７（ｉ７０）生成ガス分析、無水体積チ Ｈ２７−７５，０４，８ ＣＯ２１７，３１ｆｉ、３　　　　１６．４Ａｒ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｏ，８リ、
９　　　　　　　０．９Ｎ２　　　　　　　　　　　　
　６７．２　　　　７３．３　　　　７４．３ＣＨ４０
，６Ｑ、３　　　　０．５ Ｃｏ　　　　　　　　　　　　　　６．４　　　　４．
３　　　　３．２生成ガスＨＨＶ　、　Ｂｔｕ／　ｓｅ
ｆ　　　　５２．３　　　　３３−０　　　　３１．５
融成物組成１重量嗟 Ｎａ２ＣＯ３６８，４７５，３７４，０Ｎａ２Ｓ　　　
　　　　　　　　　１６．６　　　　８．９　　　　０
．２Ｎａ２ＳＯ３０，７１，１０，１ Ｎａ２ＳＯ４１４−３２８，１２５，７還元効率、チ　
　　　　　　６７．４　　　３８．６　　　　１．４試
験１０は、原料投入量、生成ガス発熱量及び硫黄還元に
関する最終的な構成による、ＭＳＴＦの最大定常動作能
力を示している。該原料投入量は、許容ガス速度によっ
て制限され、また、動作圧力を上げることにより、また
は程度を少なくして、より低い空気／黒液供給比率で動
作することによって、増加させることが可能である。

生成ガス発熱量及び硫黄還元効率も、より低い空気／黒
液比率で動作することによって高めることが可能である
。しかし、この方式の動作は、供給量１ポンド（０，４
５ｋｇ　）当りの熱損失が減少させられない限り、該装
置の温度低下を招くことになる。この熱損失の減少は、
熱損失の総量の（たとえば、追加的断熱の使用による）
減少、または許容供給速度の（たとえば、圧力の増加に
よる）増加の、いずれかによって達成することが可能で
ある。

該ＭＳ　ＴＦ槽内で得られる状態では、溶融塩プールの
上方に注入された空気の相当部分（３０乃至７０％）を
用いての動作は、結果として、該プールの表面下に注入
された空気の１００％を用いての動作よりも硫黄還元に
おいて効率的であり、しかも、より高いガス生成速度で
の動作を可能にするものであることを、該試験結果は示
している。該結果はまた、非常に浅い（深さの公称値約
１４インチ（３５，６ｃｍ　）　）融成物プールが、黒
液ガス化について、深いプール（７６インチ（ｉ９３０
））と同様に効果的であることも示している。

今回の試験は、ペンチ・スケール及び／ｅｇ。

ット・スケールの両レベルでの以前の試験と比較すると
、空気の黒液に対する比率の低下は、生成ガスのＨＨＶ
と融成物の硫黄還元効率の両者の上昇という結果をもた
らすことを実証している。該データによれば、９０チを
超える硫黄還元効率は、空気／黒液比率を該ガスのＨＨ
Ｖが約６０Ｂｔｕ／ｓｃｆを超えるところまで減少させ
た時に、得られるということが示されている。このこと
から、／ｅイロット・スケールでの結果にもとづいて、
商業用プラントでも１００　Ｂｔｕ／　ｓｃｆを超える
ＨＨＶを有するガスと、硫黄合計が９０チを上回って硫
化物の形態となっている融成物とを生成するであろうと
の推定をなすことが可能となる。

クラフト・・ξルプの製造方法は約１００年の歴史を有
するものである。セルローズ原料の処理のための液体組
成のクツキングに使用される化学薬品が高価すぎて捨て
てし壕うことかできないので、クラフト製法の始まった
時から、これら煮込用材料の回収のための多くの試みが
、木材から溶出した液状の有機物質を燃焼させることに
よる付随的な熱回収と共に、なされてきた。トムリンノ
ン・ボイラーは、その所望の回収を達成するために約５
０年前に導入された。トムリンノン・ボイラーの前述の
ごとき短所のために、多くの修正や置換が提案されてき
た。本件の方法は、予備乾燥、酸化、加水分解またはそ
の他の供給用原料の準備を要せずに、同一の鎖網黒液を
供給用原料として使用する点で、他の提案にかかる方法
の不利な点を回避するものである。また本件の方法は、
トムリンノン・号？ィラーによって生成される溶融物と
基本的に同一な溶融物を生成するものである７、上記の
有利な特徴のゆえに、その単一部品としての槽の使用と
相まって、本件の方法がトムリンノン・・ぜイラーに取
って替わり、またはそれを補充するものとして、既存の
ポンプ・ミル・システムに容易に一体化されることが可
能なのである。

黒液回収の分野での長年の教訓を利用した各種の修正は
、該槽の構成に対しても、捷だ本発明の精神から逸脱す
ることなく行なわれる本発明の方法の実施に対しても、
加えることが可能である。たとえば、核種は、ガス化ゾ
ーン及び還元ゾーンからの放熱を減少させるために、乾
燥ゾーンの直径をこれらのゾーンよりも小さく設計する
ことが可能である。−１また、他のガス化槽の形状を、
例示のごとき一定の直径を有する垂直長尺状の壁に代え
て使用することも可能である。さらに、黒液供給は、ス
ピニング・ディスク型噴霧器、蒸気噴霧器、または流れ
分配装置を、図示のごときスプレー用ノズルに代えるこ
とによって、分配することも可能である。このように、
本発明の原則、好適な構成及び好適な動作を説明し、現
在その最適な実施例を表わすと考えられているものを例
示し説明を加えてきたが、付属の特許請求範囲内におい
て、特に例示し説明した以外にも実施しうるものである
ことが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

、１１図は、本発明の方法の好適実施例を説明した流れ
線図、第２図は、本発明のガス化槽及び関連する急冷タ
ンクを一部横断面図とした立面図である。 （符号の説明） １００：ガス化槽　　　　１０２　：黒液乾燥ゾーン１
０４：　黒液ガス化ゾーン　１０６：黒液硫黄碩元ゾー
ン１０８：溶融塩プール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可燃ガス及び硫化物に富む融成物を形成するために
   濃縮された水性黒液を処理するための方法において、 （ａ）約１乃至５０気圧に維持され、かつ、底部に比較
   的浅い溶融塩プールを含むガス化槽であつて、（ｉ）そ
   の上方部分に黒液乾燥ゾーン、（ｉｉ）該乾燥ゾーンの
   下方に位置する黒液固体ガス化ゾーン、及び（ｉｉｉ）
   前記溶融塩プールを有する溶融塩硫黄還元ゾーン、を有
   するガス化槽を与え、 （ｂ）炭素質物質及びアルカノ金属硫黄化合物を含む濃
   縮された水性黒液を前記乾燥ゾーンに導入し、 （ｃ）前記ガス化ゾーンの中へ落下する乾燥黒液の固体
   と水蒸気を含む冷却された可燃ガスとを生成するために
   、前記水性黒液を該ガス化ゾーンから上昇する高温のガ
   スに接触させることによつて前記乾燥ゾーンの中の前記
   水性黒液から水分を蒸発させ、 （ｄ）高温の可燃ガスを形成するために、前記ガス化ゾ
   ーンを介して落下する前記乾燥黒液固体の中の炭素質物
   質の１部を部分的に酸化し、かつ、ガス化すべく、該溶
   融塩プールの直上の該ガス化ゾーンの中のガス用スペー
   スの中へ酸素含有ガスの第１の部分を導入し、 （ｅ）前記酸素含有ガスの第２の部分を、該ガス化ゾー
   ンから該プールに進入する炭素質物質を基本的に全部ガ
   ス化するには十分であるが、該プール及び該プールから
   上昇する形成されたガスの中に酸化状態を創出するには
   十分ではない量で、前記溶融塩プールの中に導入し、酸
   素含有ガスの第１及び第２の部分の合計量は該黒液供給
   の完全燃焼に必要とされる酸素含有ガスの量の２５乃至
   ５５％を構成しており、 （ｆ）前記の冷却された可燃ガスを前記乾燥ゾーンの上
   方部分から回収し、 （ｇ）該溶融塩還元ゾーンから、硫黄含量が圧倒的にア
   ルカリ金属硫化物の形態となつている融成物を回収する
   、ことを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、該酸素含有ガスの
   前記第１及び第２の部分の各々が、該槽に供給される酸
   素含有ガスの総量の３０乃至７０％を構成することを特
   徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、該酸素含有ガスが
   空気を有することを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記ガス化槽が約
   ３乃至３０気圧の範囲内の圧力に維持され、かつ、該槽
   に供給される濃縮された水溶性黒液が少なくとも４５重
   量％の固体を有し少なくとも約３２００Ｂｔｕ／ｌｂの
   高発熱量を有することを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第１項において、該ガス化ゾーンか
   ら離脱する高温ガスが８７０乃至１２００℃の温度であ
   つて、かつ、該乾燥ゾーンから離脱する冷却された可燃
   ガスが３５０乃至８５０℃の温度であることを特徴とす
   る方法。 ６、特許請求の範囲第１項において、該還元ゾーン内の
   温度が８６０乃至１１００℃であることを特徴とする方
   法。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記ガス化ゾーン
   及び還元ゾーンからの熱損失の総量が、該ガス化槽に供
   給される黒液１ポンド当り約６００Ｂｔｕ以下であるこ
   とを特徴とする方法。 ８、可燃ガス及び硫化物に富む融成物を形成するために
   濃縮された水溶性黒液を処理する装置であつて、（ｉ）
   ガス化槽の上方部分に黒液乾燥ゾーン、（ｉｉ）前記乾
   燥ゾーンの下方に黒液固体ガス化ゾーン及び（ｉｉｉ）
   前記ガス化ゾーンの下方に溶融塩硫黄還元ゾーンを有す
   る包囲された垂直長尺状のガス化槽と、前記溶融塩硫黄
   還元ゾーンを有するアルカリ金属溶融塩のプールを収納
   するために前記槽の底部の中に設けられた水溜領域と、
   前記乾燥ゾーンに前記黒液を供給するために前記槽の上
   方部分に配置されたインレット手段と該溶融塩プールの
   高さを定め、かつ、前記水溜領域からの溶融塩のオーバ
   ーフローを除去するために該水溜領域の上方且つ該槽の
   下方部分に配置されたアウトレット手段と、該溶融塩プ
   ールの直上の該ガス化ゾーンのガス用スペースの中へ酸
   素含有ガスを供給するために該ガス化ゾーン内に設けら
   れたガス用インレット手段の第１のセットと、該溶融塩
   プールの中に直接に酸素含有ガスを供給するために該槽
   の該水溜領域の中に配置されたガス用インレット手段の
   第２のセットと、該槽から可燃ガスを除去するために該
   槽の頂部に該乾燥ゾーンの上方部分に連絡するものとし
   て配置されたアウトレット手段と、を有することを特徴
   とする装置。 ９、特許請求の範囲第８項において、更に前記酸素含有
   ガス用インレット手段の第１及び第２のセットへの該酸
   素含有ガスの供給を制御可能に分配するための手段を含
   むことを特徴とする装置。 １０、特許請求の範囲第９項において、少なくとも１台
   の空気圧縮機がガス用インレット手段の第１及び第２の
   セットへの供給のために加圧された酸素含有ガスを与え
   ることを特徴とする装置。 １１、特許請求の範囲第８項において、該水溜領域から
   のアウトレット手段が、該槽の水溜領域からの融成物の
   オーバーフローを受けるために急冷タンクに接続されて
   いることを特徴とする装置。 １２、特許請求の範囲第１１項において、該急冷タンク
   がそれへの水源を供給するためのインレット用導管を含
   み更に該急冷タンクからガスを回収するためのガス用ア
   ウトレット手段を含むことを特徴とする装置。 １３、特許請求の範囲第８項において、該黒液インレッ
   ト手段が該濃縮水溶性黒液を該乾燥ゾーンの上方部分の
   中に粗い噴霧として注入するための噴霧装置を含むこと
   を特徴とする装置。 １４、特許請求の範囲第８項において、該槽が、該槽の
   内部の温度及び環境に対する耐性を与え且つ該槽からの
   熱損失を最小とするために、断熱性耐火材でライニング
   された外壁金属閉じ込め容器を有することを特徴とする
   装置。